Аннотация 2
Введение 5
1 Анализ объекта исследования 7
1.1 Краткий обзор конструкции электрического привода 7
1.2 Краткий обзор частотных преобразователей 12
1.3 Устройство и принцип действия автономного инвертора 20
1.4 Обоснование разработки стенда исследования работы автономного инвертора 25
2 Разработка лабораторного стенда исследования работы автономного инвертора 29
2.1 Исходные данные к проектированию стенда 29
2.2 Разработка структурной схемы стенда 29
2.3 Разработка источника питания стенда 34
2.4 Разработка генератора прямоугольных импульсов 44
Заключение 48
Список используемых источников 50
Электроприводы эффективно преобразуют электроэнергию в механическую. По мере того, как производственная автоматизация, комфортный образ жизни и энергосбережение постоянно растут, число приводов, производимых по всему миру, продолжает расти. Расширение использования информационных технологий (компьютеры, цифровое управление) и систем связи не только создало новые рынки для приводов, например, дисководов, но также заставляет использовать больше электроприводов в таких системах, как приводы и мехатронные системы [1].
В общем, электрический привод может быть определен как средство преобразования энергии, характеризующееся его способностью эффективно преобразовывать электрическую энергию от источника электрической энергии (напряжения и тока) в механическую мощность (крутящий момент и скорость) для управления механической нагрузкой или процессом. В некоторых случаях этот поток энергии меняется на противоположный или даже может быть двунаправленным. Сегодня современные приводы используют силовые электронные преобразователи для управления этим процессом электромеханического преобразования энергии (цифрового управления). Кроме того, поскольку приводы все больше интегрируются в системы, каналы связи с компьютерными сетями более высокого уровня имеют важное значение для поддержки ввода в эксплуатацию, инициализации, диагностики и управления процессами более высокого уровня. Основные компоненты привода состоят из электромеханического преобразователя энергии, силового электронного преобразователя электрической энергии в электрическую и встроенного цифрового блока управления. Цифровой блок управления непосредственно управляет силовыми электронными полупроводниковыми переключателями силового электронного преобразователя. Для этого необходимы не только подходящие управляющие устройства, датчики, высокоскоростные цифровые логические устройства и процессоры, но и подходящие алгоритмы управления. С этой точки зрения технология реализации привода - очень современное высокотехнологичное устройство. Действительно, хотя электрические машины были впервые разработаны более 150 лет назад, силовой электронный преобразователь стал доступен только 45 лет тому назад, алгоритмы динамического управления крутящим моментом для асинхронных машин (полевого ориентированного управления) существуют уже около 30 лет, а высокоскоростное цифровое управление с использованием DSP доступно менее 25 лет [2]. Даже сегодня, когда все компоненты (машины, силовая электроника, управляющее оборудование и программное обеспечение) доступны в массовом производстве, технология привода все еще развивается быстрыми темпами и активно совершенствуется. За последние 20 лет были разработаны, оптимизированы и исследованы новые типы машин, такие как линейные машины, машины с поверхностным магнитом и скрытым магнитом, машины с переключаемым магнитным сопротивлением, машины с поперечным потоком, машины с осевым потоком и т.д. Каждый тип машины требует своего специфического управления, контроля и применяемых датчиков. В течение последних 10 лет приводы (позиционные) были исследованы с целью исключения дорогих датчиков и повышения их надежности.
Изучение конструкции электроприводов, их систем управления в настоящее время является актуальной задачей для учебных заведений, позволяющее готовить квалифицированные кадры для отечественной промышленности. А это в свою очередь не возможно без разработки и внедрения в учебный процесс современного лабораторного оборудования.
Целью бакалаврской работы является разработка лабораторного стенда исследования работы автономного инвертора, входящего в состав частотного электропривода.
В данной бакалаврской работе разработан лабораторный стенд исследования работы автономного инвертора. Для этого проделано следующее.
Произведен анализ конструкции и применяемость инверторов в электроприводах. В частности определено их назначение, место в структурной схеме частотного электропривода. Определены возможные типы инверторов, применяемых в частотных приводах, в частности подробно описаны два основных из них - инвертор напряжения и инвертор тока. Изучаемый автономный инвертор напряжения является его разновидностью.
В первой главе также обоснована необходимость разработки стенда для исследования работы автономного инвертора, так как большинство доступных для приобретения стендов исследуют работу самого электропривода, а не его структурных компонентов, что снижает их практическую ценность для изучения устройства компонентов электропривода. Разработка стенда, позволяющего подробно изучить как работает один из основных элементов электропривода несомненно является актуальной и содержит практическую ценность.
Во второй главе непосредственно разработана конструкция стенда. Лабораторный стенд позволяет формировать трехфазное напряжение переменной частоты. Разработана структурная схема стенда, включающая в себя следующие основные элементы:
• источник питания;
• генератор прямоугольных импульсов;
• двоично-десятичные счетчики;
• цифроаналоговый преобразователь;
• операционный усилитель.
К схеме прикладывается индуктивная нагрузка, каковой является первичная обмотка трансформатора.
Выполнен расчет перечисленных элементов с выбором электронных компонентов, в частности:
• расчет трансформатора 220/12 В с определением его обмоточных данных, размеров и проверкой на нагрев;
• расчет источника стабилизированного напряжения, собранного на микросхеме 142ЕН8А;
• расчет генератора прямоугольных импульсов, собранного на микросхеме таймере DA1 КР1006ВИ1;
• разработана непосредственно конструкция стенда. На его лицевой панели расположен движок переменного резистора для изменения частоты формируемых импульсов и контрольные точки для замера сигналов осциллографом.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
